高速乒乓緩存的實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)

劉穎彬

摘 要本文提出了基于高速乒乓緩存的實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。該跟蹤系統(tǒng)硬件平臺(tái)的核心由高速DSP和FPGA構(gòu)成乒乓緩存結(jié)構(gòu)，在該硬件平臺(tái)上加入基于kalman濾波的形心跟蹤算法結(jié)合DSP編程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，完成對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。通過一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文提出的高速乒乓緩存的實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)在目標(biāo)的跟蹤中具有一定的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】乒乓緩存 Kalman濾波 形心跟蹤

1 引言

隨著光電設(shè)備在各領(lǐng)域的運(yùn)用，對(duì)目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的任務(wù)的需求越來越多。近些年來，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定和實(shí)時(shí)的跟蹤成為研究的重點(diǎn)。本文系統(tǒng)是基于高速乒乓緩存的硬件平臺(tái)，該乒乓緩存構(gòu)架廣泛運(yùn)用于數(shù)據(jù)量大且對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中，它能夠較快較合理的完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存和搬運(yùn)工作，結(jié)合基于kalman濾波的形心跟蹤算法，完成目標(biāo)的跟蹤設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)視頻流的處理平臺(tái)需要有輸入、輸出以及中間過程處理三部分組成，由于本文這里需要進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像處理，采用乒乓緩存結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：整個(gè)構(gòu)架可以很好的解決大數(shù)據(jù)量的緩存處理，適合對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。

3.3 算法實(shí)現(xiàn)

本文軟件算法實(shí)現(xiàn)過程首先通過坐標(biāo)的移動(dòng)圈定第一幀目標(biāo)的區(qū)域，然后在該區(qū)域中采用上述的形心跟蹤算法確定目標(biāo)的坐標(biāo)，采用Kalman濾波預(yù)測(cè)下一幀目標(biāo)可能的坐標(biāo)位置，在該位置的一定范圍內(nèi)再采用上述形心跟蹤算法求取該幀的形心坐標(biāo)，即為目標(biāo)的位置，以此類推，完成整個(gè)實(shí)時(shí)跟蹤算法。通過Kalman濾波對(duì)移動(dòng)目標(biāo)位置的預(yù)測(cè)和形心的求取算法，可以比較好的保持跟蹤的穩(wěn)定性，很好的完成了實(shí)時(shí)跟蹤的目的。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過一系列的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文跟蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。下圖驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)采用兩個(gè)不同場(chǎng)景圖，視頻尺寸是728×576，幀頻為50HZ，場(chǎng)景1為對(duì)亮點(diǎn)目標(biāo)的跟蹤效果圖，場(chǎng)景2為對(duì)目標(biāo)（手）系列跟蹤效果圖，從這些對(duì)比可以看出本文的跟蹤系統(tǒng)能夠很好的完成對(duì)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤，具有一定得穩(wěn)定性，同時(shí)通過DSP調(diào)用計(jì)數(shù)器記錄整個(gè)處理時(shí)間小于20ms滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的要求，如圖2。

5 結(jié)論

本文利用高速乒乓緩存的硬件平臺(tái)，結(jié)合Kalman濾波和形心跟蹤算法構(gòu)建了目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，并且這一系統(tǒng)也在產(chǎn)品中得到運(yùn)用。

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作者單位

華中光電技術(shù)研究所-武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 湖北省武漢市 430073